Kurs Q.2
Quantenoptik und ihre Anwendungen

Zur QuantenAkademie 2022
03.08. - 11.08.2022

Unknackbar verschlüsselte Nachrichten, geisterhafte Wechselwirkungen und neuartige Supercomputer: all dies erhofft man sich von der sogenannten zweiten Quantenrevolution. Während sich die Erwartungen überschlagen, ist der Wettkampf der experimentellen Plattformen um die ersten nützlichen Quantenmaschinen bereits im vollen Gange. Was alle Ansätze vereint, ist die ihnen unterliegende Theorie des Lichts und dessen Wechselwirkung mit der Materie: die Quantenoptik.

In diesem Kurs erarbeiten sich die Teilnehmenden die Grundlagen der Quantenoptik und verschaffen sich dabei einen Überblick über die führenden Plattformen für Quantentechnologien. Die Teilnehmenden recherchieren dazu die Stärken und Schwächen einzelner Plattformen, wobei sie auch die allgemeinen Hürden beim Bau eines Quantencomputers kennenlernen. Der Kurs hat das Ziel, dass die Teilnehmenden den jetzigen Stand wie auch das Zukunftspotential dieser Technologie realistisch einordnen können.

Grundkenntnisse der komplexen Zahlen und linearen Algebra (Vektoren und Matrizen) sind unabdingbar. Die Teilnehmenden arbeiten sich mit Hilfe eines Vorbereitungsskripts in diese Materie ein, da der Kurs die Themen nur kurz zu Beginn aufgreift. Mit Hilfe des erlernten Formalismus analysieren die Teilnehmenden einfache Modell zur Beschreibung von Quantenbits (Qubits) und Lichtquanten (Photonen). Darauf aufbauend verschaffen sie sich in unabhängiger Gruppenarbeit einen Überblick über verschiedene physikalische Implementierungen von Qubits (z.B. Photonen, gefangene Ionen oder supraleitende Qubits). Dazu lesen sie Auszüge aus der Fachliteratur, vollziehen Schlüsselexperimente nach und wenden die gewonnenen Einblicke an, um den gegenwärtigen Entwicklungsstand von Quantencomputern einzuschätzen.

Die Kursleitung